Վոլֆրամ

Վոլֆրամ, քիմիական տարր է, որի նշանն է W (Կաղապար:Lang-lat), պարբերական համակարգի VI տարբերության, VI խմբի (6-րդ խմբի երկրորդական ենթախմբի (Բ-խումբ)) քիմիական տարր։

Կարգահամարը՝ 74, ատոմական զանգվածը՝ 183,81: Անցումային տարր է։ Պարբերական համակարգում գրաված դիրքին համապատասխան ունի 6 արժեքական (վալենտային) էլեկտրոն 5s² 5p⁶ 5d⁴ 6s²: K, L, M, N թաղանթները լրացված են։ d տարր է։

Վոլֆրամն առաջացնում է միացություններ +2, +3, +4, +5 և +6 օքսիդացման աստիճաններով, սակայն նրան ավելի բնութագրական է +6 օքսիդացման աստիճանը։

Պատմություն

Վոլֆրամը հայտնաբերել և WO₃-ի ձևով անջատել է Կարլ Վիլհելմ Շեելեն 1781 թվականին, թունգստեն միներալից, որի արդյունքում ստացվեց դեղին, ծանր քար (վոլֆրամի եռօքսիդ), որը հետագայում վերանվանվել է՝ շեելիտ։

1783 թվականին իսպանացի քիմիկոսներ Էլհույար եղբայրները հայտարարեցին, որ սաքսոնական վոլֆրամիտ միներալից ստացել են նոր մետաղ։

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի տարիներին վոլֆրամը քաղաքական գործընթացներում ունեցել է նշանակալի դերակատարություն։ Պորտուգալիան, որպես եվրոպայում այս տարրի գլխավոր մատակարար, ճնշման տակ էր երկու կողմերից։ Վոլֆրամն այդ ժամանակ ռազմարդյունաբերության կարևոր նյութերից էր։

Անվանում

Անվանումը ստացել է վոլֆրամիտ հանքանյութից, որը, ինչպես հայտնի էր դեռ Ագրիկոլային, ուղեկցում էր անագի հանքերին և անագի հալման ժամանակ հափշտակում ու փրփուրի մեջ տեղափոխում այն։ Հայտնի է, որ միջնադարյան Եվրոպայում անագի ստացման միևնույն պայմաններում որոշ դեպքերում անհասկանալի պատճառով անագ չէր ստացվում։ Մետալուրգներն ուշադրություն դարձրին այն փաստին, որ երբ անագի հանքաքարի մեջ հանդիպում էին գորշ կամ դեղնամոխրագույն ծանր քարեր, ապա անագը չէր ստացվում և անցնում էր շլակի փրփրի մեջ։

Ստացվում էր, որ Կաղապար:Քաղվածք Այդ քարի անունը դրեցին «Գայլի փրփուր» (Կաղապար:Lang-lat կամ Կաղապար:Lang-de - գայլ, Rahm - փրփուր)։

Ներկայումս ԱՄՆ-ում, Մեծ Բրիտանիայում և Ֆրանսիայում վոլֆրամի համար գործածվում է Tungsten ('Կաղապար:Lang-sv - ծանր քար) անունը։

Բնության մեջ

Վոլֆրամը հազվագյուտ տարր է, պարունակությունը երկրակեղևում 1•10⁻⁴ զանգված % (տարածվածությամբ 55-րդն է)։ Ազատ վիճակում չի հանդիպում։ Առաջացնում է միներալներ, որոնցից արդյունաբերական նշանակություն ունեն վոլֆրամիտը՝ (FeMn) WO₄ և շեելիտը՝ CaWO₄։ Վոլֆրամի միներալները հայտնի են շատ վաղուց։

Հանքանյութեր

Հայտնի է վոլֆրամի 15 հանքանյութ։ Վոլֆրամի հանքանյութերը հիմնականում գտնվում են գրանիտային ապարներում։ Սակավ հանդիպում է սուլֆիդի տեսքով։

Վոլֆրամիտ

Վոլֆրամի հանքանյութերից արդյունաբերական նշանակություն ունեն հիմնականում երկաթի, մանգանի, կալցիումի և որոշ դեպքերում կապարի, պղնձի, թորիումի վոլֆրամատները։

Վոլֆրամիտ՝	nFeWO4 · mMnWO4 (n=m)
Ֆերբերիտ՝	4FeWO4 · MnWO4
Գյուբներիտ՝	FeWO4 · 4MnWO4;
Շեելիտ՝	CaWO4
Շտոլցիտ՝	PbWO4
Տունգստենսիտ՝	WS2

Աշխարհում տարեկան արտադրվում է 20 հազար տոննա վոլֆրամ։

Ստացում

Վոլֆրամի փոշի

Վոլֆրամի ստացման հումքը վոլֆրամիտը և շեելիտն են։ Հանքանյութը հարստացնում են, ապա քայքայում ալկալիներով (միահալում են կամ վերամշակում ավտոկլավներում սոդայի՝ շեելիտ, կամ կծու նատրիումի՝ վոլֆրամիտ, լուծույթով)։

Ստանում են Na2WO₄-ի լուծույթ, որից նստեցնում են CaWO₄, ապա մշակում տաք աղաթթվով կամ ազոտական թթվով։ Ստացված վոլֆրամական թթուն մաքրում են ամոնիակաջրում լուծելով։ Ամոնիումի վոլֆրամատը քայքայում են և WO₃-ը վերականգնում ջրածնով (850-1200 °C) կամ ածխածնով (1400-1800 °C)։

Կոմպակտ մետաղը ստանում են փոշու բարձրջերմաստիճանային մամլմամբ՝ ջրածնի մթնոլորտում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Վոլֆրամը ծանր, դժվարահալ, արծաթափայլ մոխրագույն մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 3420 °C, եռմանը՝ 5700 °C, խտությունը՝ 19,3 գ/սմ³, տեսակարար էլեկտրահաղորդականությունը՝ 1,82•10⁵ • օհմ⁻¹ սմ⁻¹) (20 °C)։

Պարամագնիսական է։ Մեխանիկական հատկությունները կախված են մաքրության աստիճանից և վերամշակման եղանակից։ Սովորական պայմաններում օդում քիմիապես կայուն է։ Միացություններում ցուցաբերում է +2-ից +6 օքսիդացման աստիճաններ (առավել կայուն է վեցարժեք վոլֆրամը)։

Սենյակային ջերմաստիճանում, չոր օդում քիմիապես բավականին պասիվ է, բայց բարձր ջերմաստիճանում՝ 400 – 500 °C-ում դանդաղ օքսիդանում է թթվածնով։ Ջրածնի հետ գործնականում չի փոխազդում, նույնիսկ հալման ջերմաստիճանում։ Ազոտի հետ փոխազդում է 2000 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ Ածխածինը 1100 – 1200 °C-ում փոխազդում է վոլֆրամի հետ՝ առաջացնելով WC և W₂C միացությունները։ Վոլֆրամը փոխազդում է նաև հալոգենների, ծծմբի և սելենի հետ։

Քիմիական հատկություններ

Քիմիական հատկություններով նման է մոլիբդենին։ Ջրածնի հետ չի միանում։ Օդում նկատելի օքսիդանում է 400-500 °C-ում (մինչև WO₃)։

$\mathrm{W}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{W}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Օքսիդանում է ջրային գոլորշիներում (600 °C), այլ գազերում (NO₂, СО, СO₂ և այլն), ինչպես նաև հալոգենների, ծծմբի, ազոտի, ածխածնի, սիլիցիումի, բորի հետ տաքացնելիա վոլֆրամի (VI) օքսիդի՝ WO₃-ի ջրում անլուծելի կիտրոնադեղին բյուրեղները լուծվում են ալկալիներում, առաջացնում վոլֆրամատներ, որոնք ջրածնի հոսանքում տաքացնելիս վերականգնվում են WO₂-ի (շագանակագույն փոշի) և վոլֆրամի։

Վոլֆրամական թթուն՝ H₂WO₄, ջրում չի լուծվում, ալկալիների հետ առաջացնում է վոլֆրամատներ, որոնք նրա և բազմավոլֆրամական թթուների (xH₂O•yWO₃ չեն անջատվել) աղերն են։

Ֆտորի հետ վոլֆրամը միանում է շուրջ 300 °C-ի պայմաններում։ Հայտնի են վոլֆրամի հալոգենիդները և օքսիհալոգենիդները, սուլֆիդները։ Վոլֆրամի նիտրիդը, կարբիդները, սիլիցիդները, բորիդները դժվարահալ և կարծր նյութեր են։ Բազմաթիվ մետաղների հետ վոլֆրամը առաջացնում է համաձուլվածքներ և ներմետաղական միացություններ։

$\mathrm{𝟤}𝖶\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{⟶}\mathrm{𝟤}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖶{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

$𝖶\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭𝖺𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{⟶}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖶{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭𝖺𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Վոլֆրամը չի լուծվում սառը թթուներում և ալկալիների լուծույթներում, լուծվում է HF-ի և HNO₃-ի խառնուրդում տաքացնելիս՝ HNO₃-ում և արքայաջրում։

$\mathrm{𝟤}𝖶\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}𝖧𝖥\mathsf{⟶}𝖶{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}𝖶𝖮{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖭𝖮\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟩}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Իզոտոպներ

Վոլֆրամն ունի հինգ բնական իզոտոպ՝ ¹⁸⁰W(0,120%), ¹⁸²W(26,498%), ¹⁸³W(14,314%), ¹⁸⁴W(30,640%) և ¹⁸⁶W(28,426%)։

Այս իզոտոպների կիսատրոհման ժամանակահատվածներն այնքան երկար են, որ կարելի է ասել, որ դրանք կայուն են։¹⁸⁰W -ի կիսատրոհման ժամանակամիջոցը՝ T_1/2-ը (1,8±0.2)×10¹⁸ տարի է, ¹⁸³W-ինը՝ 8×10¹⁹ տարի, իսկ ¹⁸⁴W-ինը՝ 1.8×10²⁰ տարի է։

Հայտնի են նաև վոլֆրամի 30 արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ ռադիոնուկլիդներ, որոնց զանգվածային թվերն ընկած են 158-ի և 190-ի միջև։ Նրանցից առավել կայուններն են ¹⁸¹W –ը՝ T_1/2=120 օր, ¹⁸⁵W –ը՝ T_1/2=78,5 օր և ¹⁸⁴W -ը՝ T_1/2=1 օր։

2003 թվականին հայտնաբերվել է չափազանց թույլ ռադիոակտիվությամբ բնական, α-ակտիվությամբ ¹⁸⁰W վոլֆրամի իզոտոպը, որի կիսատրոհման ժամանակամիջոցը՝ ¹⁸⁴W-ինը՝ 1.8×10¹⁸ տարի է։

Կիրառություն

Շիկացման լամպի շիկացման թելը:

Արտադրվող վոլֆրամի մեծ մասն օգտագործվում է վոլֆրամային պողպատների և համաձուլվածքների արտադրության մեջ։ Վոլֆրամի կարբիդի համաձուլվածքները ջերմակայուն, մաշակայուն են և օգտագործվում են մետաղները ճնշմամբ կտրելու և վերամշակելու, հորատող շաղափներ պատրաստելու համար և այլ նպատակներով։

Վոլֆրամի դժվարահալ համաձուլվածքները (նիոբիումի, մոլիբդենի, տանտալի, ռենիումի հետ) օգտագործվում են օդանավաշինության մեջ և հրթիռային տեխնիկայում։

Վոլֆրամն օգտագործվում է նաև էլեկտրատեխնիկայում և ռադիոէլեկտրոնիկայում, նատրիումի վոլֆրամատը՝ լաքաներկանյութերի և մանածագործական արդյունաբերության մեջ, սուլֆիդը (WS₂)՝ որպես կատալիզատոր և քսանյութ։

• Իր դժվարահալության շնորհիվ վոլֆրամն անփոխարինելի է լուսավորող սարքերի շիկացման թելեր պատրաստելու համար։
• Արգոնային եռակցման համար օգտագործվում են վոլֆրամե էլեկտրոդներ։
• Մետաղների և ոչ մետաղական նյութերի մեխանիկական մշակման համար (հղկում, ծակում, տաշում) լայնորեն օգտագործվում են վոլֆրամի կարբիդի հիման վրա ստեղծված պինդ համաձուլվածքները։

Շուկայական գներ

2010 թվականին ավարտին 99 % մաքրության մետաղական վոլֆրամի կիլոգրամի գինը կազմել է մոտավորապես 40-42 ԱՄՆ դոլլար, 2011 թվականի մայիսին՝ 53-55 ԱՄՆ դոլլար։

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ
• Պոբեդիտ

Արտաքին հղումներ

• Վոլֆրամը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում
• Կաղապար:Cite web
• Properties, Photos, History, MSDS
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• Tungsten at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Picture in the collection from Heinrich Pniok Կաղապար:Webarchive
• Elementymology & Elements Multidict by Peter van der Krogt – Tungsten
• International Tungsten Industry Association